Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Podstawy inżynierii materiałów
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
CTC-1-502-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
5
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż. Tkacz-Śmiech Katarzyna (smiech@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Kluska Stanisława (kluska@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Kyzioł Karol (kyziol@agh.edu.pl)
dr inż. Smoła Grzegorz (smola@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Tkacz-Śmiech Katarzyna (smiech@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

w tym miejscu należy wpisać charakterystykę modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych TC1A_W11, TC1A_W05 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Ma podstawową wiedzę w poszukiwaniu zależności pomiędzy parametrami otrzymywania materiałów a ich budową TC1A_W06, TC1A_W11 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Ma podstawową wiedzę w zakresie badań struktury i mikrostruktury materiałów TC1A_W04 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności
M_U001 Wykorzystuje wiedzę matematyczną do opisu zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych TC1A_U09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Potrafi posługiwać się wiedzą chemiczną dla opracowania, kontroli i realizacji procesów technologicznych TC1A_U09, TC1A_U05 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Potrafi zaplanować eksperymenty i przeprowadzić analizę danych eksperymentalnych, zaprezentować je i wyciągnąć poprawne wnioski TC1A_U07 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001 Posiada świadomość ważności wiedzy podstawowej dla rozwiązywania problemów technologicznych TC1A_K10, TC1A_K09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin
M_K002 Rozumie znaczenie wpływu chemii na rozwój nowoczesnych technologii TC1A_K02 Aktywność na zajęciach,
Egzamin
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych + - - - - - - - - - -
M_W002 Ma podstawową wiedzę w poszukiwaniu zależności pomiędzy parametrami otrzymywania materiałów a ich budową + - - - - - - - - - -
M_W003 Ma podstawową wiedzę w zakresie badań struktury i mikrostruktury materiałów + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Wykorzystuje wiedzę matematyczną do opisu zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi posługiwać się wiedzą chemiczną dla opracowania, kontroli i realizacji procesów technologicznych - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi zaplanować eksperymenty i przeprowadzić analizę danych eksperymentalnych, zaprezentować je i wyciągnąć poprawne wnioski - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Posiada świadomość ważności wiedzy podstawowej dla rozwiązywania problemów technologicznych - - - - - + - - - - -
M_K002 Rozumie znaczenie wpływu chemii na rozwój nowoczesnych technologii - - - - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Zagadnienia wprowadzające
Hierarchiczny model budowy materiałów – połączenie elementów budowy materiału na różnych poziomach struktury z właściwościami. Przegląd procesów otrzymywania tworzyw.

2. Elementy termodynamiki procesów nieodwracalnych i procesów nierównowagowych. Elementy termodynamiki fazy skondensowanej
Funkcje stanu, równowaga termodynamiczna, termodynamiczny warunek samorzutności procesów i II zasada termodynamiki, Równowaga w układzie gaz – faza stała, Diagramy Ellinghama, Reakcje heterogeniczne w układzie gaz – faza stała, Kinetyka reakcji w fazie stałej.

3. Dyfuzja w fazie stałej
Termodynamika dyfuzji (dyfuzja jako proces samorzutny), Prawa dyfuzji, Dyfuzja w stopach wieloskładnikowych i wielofazowych, Dyfuzja wzajemna i efekt Kirkendalla, dufuzja w polu naprężeń i termodyfuzja

4. Przemiany fazowe
Co to jest przemiana fazowa? Termodynamiczna klasyfikacja przemian fazowych, Fenomenologiczna teoria przemian fazowych, Zmiany stanu skupienia, Przemiany porządek – nieporządek, Rozpad spinodalny i zarodkowanie,

5. Krystalizacja jako przemiana fazowa
Parametry określające odchylenia od stanu równowagi w układach gaz-ciało stałe, roztwór-ciało stałe, stop-ciało stałe, Klasyczna teoria krystalizacji ze stopu, Kinetyka krystalizacji, Krystalizacja w układach wielofazowych, warunki sprzyjające powstawaniu monokryształów, polikryształów, faz amorficznych, diagramy TTT

6. Otrzymywanie materiałów z fazy gazowej z udziałem reakcji chemicznych (CVD)
Transport masy i energii w układzie CVD, reakcje homo- i heterogeniczne, metody określania równowagi fazy gazowej względem powierzchni oparte na: obliczeniach termodynamicznych, izotermach Langmuira, teoria kompleksu aktywnego, kinetyka wzrostu warstw w procesie CVD.

7. Spiekanie w fazie stałej w ujęciu modelowym
Samorzutność procesu spiekania, siła napędowa spiekania, model i energia niskokątowej granicy miedzyziarnowej, mechanizm spiekania: procesy dyfuzyjne w spiekaniu, odkształcanie plastyczne, płynięcie lepkościowe

6. Kinetyka spiekania
Równania fenomenologiczne, szybkość spiekania dla mechanizmu dyfuzyjnego, zależność od temperatury, uziarnienia proszku, ciśnienia.

7. Ewolucja mikrostruktury w spiekaniu
Ewolucja porów: I i II katastrofy topologiczne, rozrost ziarn w końcowych etapach spiekania: samorzutność i kinetyka, hamowanie rozrostu ziarn: hamowanie rozrostu w świetle termodynamiki, wleczenie porów i domieszek przez granice międzyziarnowe

8. Podsumowanie
Standardowy model spiekania i odstępstwa od modelu

8. Fizyczne spiekanie z udziałem fazy ciekłej
Samorzutność procesu, procesy transportu masy, czynniki określające przebieg transportu masy: lepkość cieczy, ilość cieczy, zwilżanie ciała stałego przez ciecz oraz ich wpływ na mikrostrukturę końcowego produktu, rozrost ziarn, kinetyka rozrostu ziarn.

9. Spiekanie „chemiczne”
Aspekty termodynamiczne, mechanizmy przenoszenia masy: dyfuzja, płynięcie cieczy, płynięcie (dryf) pęcherzyków gazu w cieczy, czynniki określające przebieg spiekania: zwilżanie, ilość cieczy, lepkość cieczy, procesy prowadzące do zmiany składu chemicznego: reakcje chemiczne w fazie stałej, reaktywność stopu, krystalizacja ze stopu, odstępstwo od globalnej równowagi w zależności od czasu spiekania, dochodzenie do stanu równowagi wysokotemperaturowej i związane z nim efekty: powstawania nowych faz stałych, pojawianie się fazy ciekłej, zmiana składu fazy ciekłej, krystalizacja, równowaga niskotemperaturowa: przemiany faza ciekła-faza stała.

Ćwiczenia laboratoryjne:

Mają na celu praktyczne zapoznanie się z metodami otrzymywania materiałów.

1. Otrzymywanie warstw metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (PACVD)
2. Komputerowe modele upakowania ziarn.
3. Analiza problemu ciągłości faz – perkolacja.
4. Określenie dominującego mechanizmu przenoszenia masy w spiekaniu modelowym proszków.
5. Badanie kinetyki procesu spiekania.
6. Spiekanie z udziałem fazy ciekłej – wpływ kąta zwilżania ciała stałego przez ciecz.
7. Spiekanie „chemiczne” (konsolidacja) – analiza trójskładnikowych diagramów fazowych.

Zajęcia seminaryjne:

Ugruntowanie wiedzy zdobytej na wykładach, poprzez studia literaturowe, dyskusje, analizy przykładów, formułowanie i rozwiązywanie problemów w ujęciu ilościowym.

1. Przemiany fazowe I i II rodzaju – aspekty termodynamiczne.
2. Charakterystyka metody CVD w ujęciu ilościowym: obliczenia związane z ustaleniem szybkości przepływu gazów, stężenia reagentów w reaktorze, strumienia dyfuzji w gazie, przykłady mechanizmu wzrostu warstw w ujęciu teorii kompleksu aktywnego.
3. Wpływ parametrów CVD na strukturę i morfologię końcowych produktów.
4. Aspekty termodynamiczne procesu spiekania – obliczenia spadku entalpii swobodnej w trakcie spiekania określonych proszków.
5. Mechanizm procesu spiekania w fazie stałej – przegrupowanie ziarn, dyfuzyjny transport masy, energia aktywacji dyfuzji objętościowej po granicach ziarn, po swobodnych powierzchniach.
6. Kinetyka procesu spiekania
7. Katastrofy topologiczne.
8. Rozrost ziarn w procesie spiekania i jego hamowanie przez domieszki i pory.
9. Spiekanie fizyczne z udziałem fazy ciekłej – aspekty termodynamiczne i kinetyczne.
10. Spiekanie „chemiczne” – aspekty termodynamiczne.
11. Reakcje chemiczne w fazie stałej podczas spiekania.
12. Reakcje chemiczne stop-ciało stałe.
13. Równowaga wysokotemperaturowa i niskotemperaturowa.
14. Porównanie mechanizmu procesu spiekania fizycznego i chemicznego

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 210 godz
Punkty ECTS za moduł 7 ECTS
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 35 godz
Przygotowanie do zajęć 75 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 30 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 30 godz
Udział w wykładach 30 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Egzamin pisemny i ustny
Ocena końcowa jest średnią ważoną z ocen z egzaminu (waga 0.5), seminarium (waga 0.3), laboratorium (waga 0.2)

Uwaga:
Do egzaminu w terminie “0” dopuszczone są osoby, które uzyskały z laboratorium i seminarium średnią 4.75

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajomość zagadnień z zakresu chemii fizycznej, krystalochemii i chemii ciała stałego nauczanych w trakcie pierwszych dwóch lat studiów

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1.F.Nadachowski, S.Jonas, W.S.Ptak; Wstęp do projektowania technologii ceramicznych.
Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 1999
2. K. Tkacz – Śmiech: Termodynamika dla ceramików, Kraków, 2013
2.R. Pampuch; Materiały ceramiczne. PWN, Warszawa 1988
3.R. Pampuch, K.Haberko, M.Kordek ; Nauka o procesach ceramicznych. PWN, Warszawa 1992
4.F. Nadachowski, S.Jonas, K.Wodnicka; Zarys Ceramografii; Ceramika/Ceramics, vol. 82,
2003.
5.„Wykłady z nauki o materiałach dla ceramików” w wersji elektronicznej, umieszczone
na serwerze Ośrodka Edukacji Niestacjonarnej AGH.

Literatura uzupełniająca:
1.A. Staronka; Chemia fizyczna
2.J. Dereń, J.Haber, R.Pampuch; Chemia ciała stałego

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. K. Tkacz – Śmiech: Termodynamika dla ceramików, Kraków, 2013
2. 2. Katarzyna Tkacz-Śmiech: Kryształy jonowo–kowalencyjne typu AB i ABO3: związki pomiędzy składem chemicznym, budową, naturą wiązań i wybranymi właściwościami, Ceramika, Polski Biuletyn Ceramiczny, 95, 2006.
3. Jonas S., Koleżyński A., Lis J., Tkacz-Smiech K..: Model studies of microstructure changes in sintering of ceramics, Solid State Phenomena, 147-149 (2009) 890.
4. E. Pieczyńska, J. Jaglarz, K. Marszalek, K. Tkacz-Śmiech: Thermo-optical parameters of amorphous a-C:N:H layers, Acta Physica Polonica 126 (2014) 1241.
B. Bożek, M. Danielewski, K. Tkacz-Śmiech, M. Zajusz: Interdiffusion: compatibility of Darken and Onsager formalisms, Materials Science and Technology 31 (2015) 1633.

Informacje dodatkowe:

Brak